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行業(yè)新聞

潔凈室的四個(gè)核心重點(diǎn)


發(fā)布日期:2022-12-26   瀏覽:328

潔凈室(Clean Room),亦稱(chēng)為無(wú)塵室或凈化室。潔凈室是污染控制的基礎,沒(méi)有潔凈室,污染敏感零件不可能批量生產(chǎn)。在FED-STD-2里面,潔凈室被定義為具備空氣過(guò)濾、分配、優(yōu)化、構造材料和裝置的房間,其中特定的規則的操作程序以控制空氣懸浮微粒濃度,從而達到適當的微粒潔凈度級別。 

潔凈室要獲得良好的潔凈效果,不僅要著(zhù)重采取合理的空調凈化措施,而且也要求工藝、建筑及其他專(zhuān)業(yè)采取相應的措施: 不但要有合理的設計,而且還要精心的符合規范的施工安裝,以及正確的使用潔凈室和科學(xué)的維護管理。為使潔凈室獲得良好的效果,國內外已有不少文獻從不同的角度作過(guò)闡述。實(shí)際上,不同專(zhuān)業(yè)之間很難做到理想地配合,而且設計者很難把握施工安裝質(zhì)量以及使用和管理情況,尤其后者。就潔凈室凈化措施而言,許多設計者,或者還有施工方,往往對其必要條件未予足夠重視,造成潔凈效果不理想。本文僅就潔凈室凈化措施中達到潔凈度要求的四個(gè)必要條件簡(jiǎn)要論述。

一、送風(fēng)潔凈度

要保證送風(fēng)潔凈度符合要求,關(guān)鍵是凈化系統末級過(guò)濾器的性能和安裝。

凈化系統末級過(guò)濾器一般采用高效過(guò)濾器或亞高效過(guò)濾器。按我國標準[1]規定高效過(guò)濾器效率分四檔:A類(lèi)為99.9%,B類(lèi)為99.9%,C類(lèi)為99.999%,D類(lèi)為(對≥0.1μ m 粒子)≥99.999%(亦稱(chēng)超高效過(guò)濾器);亞高效過(guò)濾器[2]為(對≥0.5μm 粒子)95~99.9%。效率越高,過(guò)濾器的價(jià)格也越貴。所以選擇過(guò)濾器時(shí)應本著(zhù)既要滿(mǎn)足送風(fēng)潔凈度要求,又要考慮經(jīng)濟合理。

從潔凈度要求考慮,以低級別潔凈室選用低性能過(guò)濾器、高級別潔凈室選用高性能過(guò)濾器為原則。一般說(shuō)來(lái):100萬(wàn)級可選用高中效過(guò)濾器;低于1萬(wàn)級可選用亞高效A類(lèi)高效過(guò)濾器;1萬(wàn)~100級選用B類(lèi)過(guò)濾器;100~1級選用C類(lèi)過(guò)濾器。這里每個(gè)潔凈度級別似乎都有兩類(lèi)過(guò)濾器可供選擇,選擇高性能的還是低性能的,要視具體情況而定:當環(huán)境污染嚴重,或室內排風(fēng)比例很大,或該潔凈室特別重要,需要較大安全系數,在這些或其中之一情況下,均要選擇高一類(lèi)過(guò)濾器;反之可選擇較低性能過(guò)濾器。對0.1μm粒子要求控制的潔凈室,不論控制的粒子濃度高低均要選擇D類(lèi)過(guò)濾器。以上所述僅從過(guò)濾器角度出發(fā),實(shí)際上要選擇好過(guò)濾器還要全面考慮潔凈室特性、過(guò)濾器特性和凈化系統特性[3]。 

要保證送風(fēng)潔凈度,僅有合格的過(guò)濾器是不夠的,還要保證:a.運輸、安裝過(guò)程不損壞過(guò)濾器;b.安裝嚴密。要做到第a,則要求施工安裝人員訓練有素,既要有安裝凈化系統方面的知識,又要具備較熟練的安裝技能,否則將難以保證不損壞過(guò)濾器,這方面是有深刻教訓的。其次,安裝嚴密性問(wèn)題,主要取決于安裝結構型式優(yōu)劣,設計手冊[4]一般推薦:對于單個(gè)過(guò)濾器采用明裝型式,這樣即便發(fā)生滲漏,也不致漏到室內;采用成品高效送風(fēng)口,嚴密性也比較容易得到保證。對于多個(gè)過(guò)濾器的風(fēng)□,近幾年常采用液槽密封和負壓密封。

液槽密封必須保證液槽接縫嚴密和整體框架都處于同一水平面上。負壓密封就是使過(guò)濾器與靜壓箱和框架接縫的外周邊處于負壓狀態(tài),與明裝型式一樣即使滲漏也不會(huì )漏到室內。實(shí)際上只要做到安裝框架平整,過(guò)濾器端面與安裝框架接觸均勻,任何安裝型式使過(guò)濾器達到安裝嚴密性要求應該說(shuō)是不難的。 

二、氣流組織

潔凈室的氣流組織與一般空調房間有所不同,它要求將最干凈的空氣首先送到操作部位,它的作用在于限制和減少對加工物的污染。為此,在設計氣流組織時(shí)應考慮這些原則: 盡量減少渦流,避免將工作區以外的污染帶入工作區;盡量防止灰塵的二次飛揚以減少灰塵對工件的污染機會(huì );工作區的氣流要盡量均勻,且其風(fēng)速要滿(mǎn)足工藝和衛生要求,當氣流向回風(fēng)口流動(dòng)時(shí)要使空氣中的灰塵能有效的帶走。根據不同的潔凈度要求,選擇不同的送、回風(fēng)方式。

不同的氣流組織,各有其特點(diǎn)和范圍:

1)垂直單向流:均可獲得均勻向下氣流,便于工藝設備布置,自?xún)裟芰?,可?jiǎn)化人身凈  化設施等共同設施等共同優(yōu)點(diǎn)外,四種送風(fēng)方式還有其各自?xún)?yōu)缺點(diǎn):滿(mǎn)布高效過(guò)濾器具有阻力低、更換過(guò)濾器周期長(cháng)等優(yōu)點(diǎn),但頂棚結構復雜,造價(jià)高;側布高效過(guò)濾器頂送、全孔板頂送與滿(mǎn)布高效過(guò)濾器頂送的優(yōu)缺點(diǎn)相反,其中全孔板頂送在系統非連續運行時(shí),孔板內表面易積塵,維護不好,對潔凈度有些影響;密集散流器頂送,因需要一段混和層,所以只適用于4m以上高大潔凈室,其特點(diǎn)與全孔板頂送相仿;對于相對兩側格柵的板和相對兩側墻下部均勻布置回風(fēng)口的回風(fēng)方式僅適用兩側凈間距小于6m的潔凈室;單側墻下部布回風(fēng)口僅適用對墻間距較小(如≤<2~3m)的潔凈室。

2)水平單向流:只在第一工作區達到100級潔凈度,當空氣流向另一側的過(guò)程中含塵濃度逐漸升高,所以?xún)H適用于同一房間工藝過(guò)程有不同潔凈度要求的潔凈室;送風(fēng)墻局部布高效過(guò)濾器較滿(mǎn)布水平送可減少高效過(guò)濾器用量,節約初投資,但局部區域有渦流。 

3)亂流型氣流:孔板頂送和密集散流器頂送的特點(diǎn)與前述相同:側送的優(yōu)點(diǎn)易于管道布置,無(wú)需技術(shù)夾層,造價(jià)低,有利于舊廠(chǎng)房改造,缺點(diǎn)是工作區風(fēng)速較大,下風(fēng)側比上風(fēng)側含塵濃度高;高效過(guò)濾器風(fēng)口頂送具有系統簡(jiǎn)單、高效過(guò)濾器后無(wú)管道、潔凈氣流直接送達工作區等優(yōu)點(diǎn),但潔凈氣流擴散緩慢,工作區氣流較均勻;不過(guò)當均勻地布置多個(gè)風(fēng)口或采用帶擴散板地高效過(guò)濾器風(fēng)口時(shí),也可使得工作區氣流較均勻;但在系統非連續運行地情況 下,擴散板易積塵。

以上論述均屬于較理想狀態(tài),也是國家有關(guān)規范、標準或設計手冊所推薦。實(shí)際工程中或受限于客觀(guān)條件,或由于設計者地主觀(guān)原因而未設計好氣流組織,常見(jiàn)的有:垂直單向流采取相鄰兩側墻下部回風(fēng),局部百級采用上送上回(即局部送風(fēng)口下未加下垂圍簾),亂流型潔凈室采用高效過(guò)濾器風(fēng)口頂送上回或單側下回(對墻間距較大)等,這些氣流組織方式經(jīng)實(shí)測,其潔凈度大多數都達不到設計要求。由于現行規范[6]規定空態(tài)或靜態(tài)驗收,個(gè)別的這類(lèi)潔凈室在空態(tài)或靜態(tài)下勉強達到設計的潔凈度級別,但抗污染干擾能力很低,一旦潔凈室進(jìn)入工作狀態(tài)就達不到要求。

正確的氣流組織局部區域應設圍簾下垂至工作區高度,10萬(wàn)級也不應采用上送上回。還有目前大多數工廠(chǎng)生產(chǎn)的帶擴散板的高效送風(fēng)口,其擴散板都只是裝飾性孔板而不起擴散氣流作用,請設計者和用戶(hù)要特別注意。

三、送風(fēng)量或風(fēng)速 

足夠的通風(fēng)換氣量是為了稀釋和排除室內污染空氣,根據不同的潔凈度要求,當潔凈室凈高較高時(shí),適當增加換氣次數。其中,100萬(wàn)級潔凈室的通風(fēng)量是按高中效凈化系統考[7],其余均按高效凈化系統考慮;當10萬(wàn)級潔凈室高效過(guò)濾器集中布置在機房或系統末端采用亞高效過(guò)濾器時(shí),可適當提高換氣次數10-20%。 

對于上述通風(fēng)量推薦數值筆者認為:單向流潔凈室通過(guò)房間截面風(fēng)速偏低,亂流型潔凈室是有較充分安全系數的推薦值。垂直單向流≥0.25m/s,水平單向流≥0.35m/s,在空態(tài)或靜態(tài)下檢測潔凈度,雖然能達到要求,但抗污染能力較差,一旦室內進(jìn)入工作狀態(tài),潔凈度就可能達不到要求,這類(lèi)實(shí)例已不屬于個(gè)別;同時(shí),我國通風(fēng)機系列中尚未有較適合凈化系統用的風(fēng)機,一般設計者又往往對系統空氣阻力未作準確計算,或未注意到所選用的風(fēng)機是否處于特性曲線(xiàn)上比較有利的工作點(diǎn),使得系統在投入運行后不久,風(fēng)量或風(fēng)速就達不到設計值。美國聯(lián)邦標準(FS209A~B)在19871027日之前一直這樣規定:單向流潔凈室通過(guò)潔凈室截面的氣流速度通常保持在9Oft/min(0.45m/s),在整個(gè)房間無(wú)干擾的條件下,其速度不均勻度在±20%以?xún)?,氣流速度任何明顯的下降都會(huì )增加自?xún)魰r(shí)間和工作位置之間污染影響的可能性(198710FS209C頒布之后對含塵濃度以外的所有參數指標均未作規定)。

為此,筆者認為宜適當提高目前國內對單向流速度的設計值,我們單位在實(shí)際工程中照此做了,效果還是比較好的。亂流型潔凈室是有較充分安全系數的推薦值,但許多設計者仍不放心,在做具體設計時(shí)將 10萬(wàn)級潔凈室通風(fēng)量加大到20~25/h,1萬(wàn)級加大到30~40/h,1000級加大到60~70/h,這樣做不僅加大了設備容量、加大了初投資,也增加了日后維護管理費用,實(shí)際上也沒(méi)有必要這樣做。在編制我國空氣潔凈技術(shù)措施[7]時(shí)曾調查測定了國內100多個(gè)潔凈室,許多潔凈室還是在動(dòng)態(tài)下檢測的,結果表明:10萬(wàn)級≥10/h、1萬(wàn)級20/h、100050/h 通風(fēng)量即可滿(mǎn)足要求。美國聯(lián)邦標準(FS2O9A~B) 規定:非單向流潔凈室(10萬(wàn)級、1萬(wàn)級),室高8~l2ft(2.44~3.66m),通??紤]全室至少每3分鐘換氣一次(即20/h)。因此,設計規范的規定[6]已經(jīng)考慮了較大的富裕系數,設計者完全可以放心地按照通風(fēng)量地推薦值選用。

四、靜壓差 

潔凈室維持一定的正壓是保證潔凈室不受或少受污染、以維持設計潔凈度等級必不可少地條件之一。即便是負壓潔凈室,它也必須有不低于它潔凈度級別地相鄰房間或套間維持一定地正壓,負壓潔凈室的潔凈度才能得以維持。 

潔凈室正壓值是指門(mén)窗全部關(guān)閉狀態(tài)下,室內靜壓大于室外靜壓的數值。它是通過(guò)凈化系統送風(fēng)量大于回風(fēng)量和排風(fēng)量的方法來(lái)達到。為了保證潔凈室正壓值,送風(fēng)、回風(fēng)和排風(fēng)機最好聯(lián)鎖,系統開(kāi)啟時(shí)先啟動(dòng)送風(fēng)機,再啟動(dòng)回風(fēng)機和排風(fēng)機;系統關(guān)閉時(shí)先關(guān)排風(fēng)機,再關(guān)回風(fēng)機和送風(fēng)機,以防止潔凈室在系統開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)受到污染。 

維持潔凈室正壓所需的風(fēng)量主要根據維護結構密閉性好壞來(lái)確定。我國潔凈室建設初期由于圍護結構密閉性較差,要維持5Pa的正壓就要2~6次/h送風(fēng)量;目前維護結構密閉性已大為提高,維持同樣的正壓只要1~2次/h送風(fēng)量;維持≥1OPa也只要2~3次/h送風(fēng)量。

我國設計規范[6]規定:不同等級的潔凈室以及潔凈區和非潔凈區之間的靜壓差應不小0.5mmH2O(~5Pa),潔凈區與室外的靜壓差應不小于1.OmmH2O(~l0Pa)。筆者認為該值似偏低,原因有三:

1.正壓是表示潔凈室抑制通過(guò)門(mén)窗縫隙污染室內空氣的能力,或在短時(shí)間打開(kāi)門(mén)窗時(shí)使滲入室內的污染物減少到最低限度的能力,正壓大小表示抑制污染能力的強弱,當然不是正壓越大越好(后面將談到)。

2.正壓所需的風(fēng)量有限,5Pa正壓與10Pa正壓所需風(fēng)量?jì)H差約1/h,何樂(lè )而不為呢?顯然正壓值低限取l0Pa更優(yōu)越些。

3.美國聯(lián)邦標準(FS209A~B)規定:當所有出入口關(guān)閉時(shí),潔凈室與任何相鄰的低潔凈度區域之間的最低正壓差為0.05英寸水柱(12.5Pa),這數值已被許多國家采用。

但潔凈室的正壓值并非越大越好,根據本單位30多年實(shí)際工程檢測表明:當正壓值≥ 30Pa 時(shí),開(kāi)門(mén)就比較困難,關(guān)門(mén)稍不留意,砰一聲! 嚇人一跳;當正壓值≥50~70Pa時(shí),門(mén)窗縫隙就會(huì )發(fā)出哨音,體弱者或有某種不適應癥者不適感覺(jué)??墒菄鴥群蛧庠S多國家的有關(guān)規范或標準均未規定正壓的上限值,這樣的結果許多單位都只求下限值滿(mǎn)足要求,而不管上限值達到多少,在筆者遇到的實(shí)際潔凈室中正壓值有高達100Pa以上,造成很不好的效果。實(shí)際上調整正壓并不是一件很難的事,把它控制在一定范圍內是完全可能的。曾有文獻介紹東歐某國將正壓值規定為 1-3mmH20(約10~30Pa),筆者認為這個(gè)范圍是比較合適的。 

對于一個(gè)潔凈室來(lái)說(shuō),以上四個(gè)必要條件必須同時(shí)得到滿(mǎn)足,才能保證潔凈度達到要求并具備應有的抗污染干擾能力。



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